直流系统控制方法优化

2023-06-29 理论教育版权反馈

【摘要】：正常运行状态下，整流侧控制直流电流，逆变侧控制直流电压。图3.10直流输电系统的伏安特性曲线1.整流器运行特性整流器定电流控制特性：图3.10中直线BC段，整流侧电流控制器通过调整触发角α并且与整流端TCC控制相配合来维持直流线路上恒定的电流。最小触发角限制：在直流系统换相失败或直流线路故障时，为防止逆变器工作在整流状态，在逆变器的控制中引入了最小α角限制，如逆变器特性曲线中直线NM段。

根据直流系统的数学模型，可得到直流系统的等值电路如图3.9所示。

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图3.9　直流输电系统稳态等值电路

从整流侧流向逆变侧的直流电流为

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从式（3.47）可以看到，直流系统的电压和电流都取决于整流器触发角α、逆变器熄弧角γ以及两端的空载直流电压Udor和Udoi，这四个变量是直流系统的基本控制量。直流系统通过控制这四个直流变量达到各种控制目标，其中对触发角α和熄弧角γ的控制通过调节开关器件的导通时间来实现，空载直流电压Udor和Udoi的控制则通过调整换流变压器分接头来实现。

由于直流线路和换流器的电阻很小，因而Udor和Udoi的微小变化就能引起Id的大变动，例如，整流器或逆变器的电压变化25%，将引起直流电流变化达100%，这意味着，如果触发角α和熄弧角γ保持恒定，任一端的交流电压幅值的小变化会引起直流电流在一个很大的范围内变动。考虑到保证系统的良好性能，这种变化是不允许的。

在直流系统的实际运行中，人们更关注的是直流系统传输的有功功率，期望传输的直流功率按照给定功率指令运行，达到这种控制要求最简单的办法就是在直流系统的两端，一端控制直流电压，另一端控制直流电流，整流器与逆变器的伏安特性曲线的交点就是直流系统的运行点。典型的控制方式是整流侧装有定电流控制器和定触发角控制器，逆变侧装有定熄弧角控制器和比整流侧电流控制器电流整定值小一定裕度的定电流控制器。正常运行状态下，整流侧控制直流电流，逆变侧控制直流电压。其伏安特性曲线如图3.10所示。

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图3.10　直流输电系统的伏安特性曲线

1.整流器运行特性

整流器定电流控制（CC）特性：图3.10中直线BC段，整流侧电流控制器通过调整触发角α并且与整流端TCC控制相配合来维持直流线路上恒定的电流。

整流器定触发角控制（CIA）特性：通常情况下为了保证换流阀的可靠触发导通，对整流器触发角α有一个最小限制αmin。直流系统运行时，当整流侧交流母线电压降低或者逆变侧交流母线电压升高使触发角α达到αmin时，整流器将运行在定触发角方式下，如整流器特性曲线中直线AB段。

低压限流特性（VDCOL）：在直流电压或交流电压很低的情况下，如想继续保持额定直流电流或额定功率是不现实的，所以在电压低于某个指定值时需要对直流电流值进行限制，如特性曲线中直线CD段。

最小电流限制：如果直流电流在低值运行，电流的波动可能引起阀中直流电流的中断，由此引起电压跳变会引起阀桥两端发生闪络。最小电流限制如图3.10中的直线DE段。

2.逆变器运行特性

逆变器定熄弧角控制（CEA）特性：图3.10中逆变器特性曲线的FH′段，逆变器定熄弧角控制为直流系统提供一个相对稳定的直流电压，与整流器（CC）控制特性曲线相交于G，该点是直流系统的一个稳定运行点。

逆变器定电流控制（CC）特性：当整流侧交流母线电压降低或者逆变侧交流母线电压升高到一定程度后，会导致直流系统的运行方式发生转换，直流线路电流由逆变器控制，逆变器定电流控制器的电流整定值比整流器定电流控制器的电流整定值小Im，Im称为电流裕度。逆变器定电流控制（CC）特性HJ与整流器定触发角控制（CIA）特性相交于点G′。

电流偏差控制：逆变器特性曲上直线GH段，当直流系统运行方式发生变化时逆变器定熄弧角控制特性FH′与整流器特性曲线可能存在两个交点，从而导致系统的不稳定，因此为避免控制方式发生混淆，在这部分区域采用电流偏差控制。

低压限流特性（VDCOL）和最小电流限制：图3.10中逆变器特性上的直线段JL和LN分别代表逆变器的低压限流特性和最小电流限制，功能和作用与整流器的相同。

最小触发角限制：在直流系统换相失败或直流线路故障时，为防止逆变器工作在整流状态，在逆变器的控制中引入了最小α角限制，如逆变器特性曲线中直线NM段。

直流系统控制方法优化

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